Instruction Pipeline

定义

指令流水线（Instruction Pipeline）是将指令执行过程分解为多个阶段，使多条指令重叠执行的技术，是提高 CPU 吞吐率的核心机制。

五级流水线

1. IF（取指，Instruction Fetch）
2. ID（译码，Instruction Decode）
3. OF（取操作数，Operand Fetch）
4. EX（执行，Execute）
5. WB（写回，Write Back）

性能指标

• 吞吐率 $TP=\frac{n}{T_k}$，最大 $T{P}_{max}=\frac{1}{\Delta t}$
• 加速比 $SP=\frac{nm}{m+n-1}$
• 效率：各功能段的利用率

高级流水线

• 超标量流水线：每个时钟周期发射多条指令
• 超流水线：进一步细分流水线阶段
• 超长指令字 VLIW：编译器静态调度多条指令并行执行

相关问题

见 pipeline-hazard。